O ingrediente farmacêutico ativo (API) doxiciclina (DOX), C22H24N2O8, 2-naphthacenecarboxamide, nome IUPAC 4(dimethylamino)-1,4,4a,5,5a,6,11,12a-octahydro-3,5,10,12,12a-pentahydroxy-6-methyl-1,11-dioxo-, [4S-(4α, 4aα, 5α, 5aα, 6α,12aα)], é um antibiótico de largo espetro usado no tratamento de infecções respiratórias e do trato urinário e, a exemplo de outros medicamentos, pode ter a eficácia afetada pelo fenômeno do polimorfismo em sólidos farmacêuticos. Até o presente momento, só é conhecida a estrutura cristalina do hiclato de doxiciclina (DOX•HIC), C22H24N2O8, HCl, ½ C2H6O (etanol), ½ H2O, 512,9 g/mol, o qual é o nome genérico da forma pseudo-polimórfica da DOX usada como API de medicamentos de referencia como DORYX®, PERIOSTAT®, ATRIDOX® e VIBRAMYCIN®. Parte desse trabalho apresenta, pela primeira vez, a caracterização estrutural por meio de difração de raios X por monocristal (MXRD), de outra forma pseudo-polimórfica comercial da DOX conhecida como doxiciclina mono-hidratada (DOX•H2O), C22H24N2O8, H2O, 462,45 g/mol, o qual é o nome genérico do insumo usado na fabricação de medicamentos de referencia como MONODOX® e ORACEA®. Além de reportar pela primeira vez a estrutura da DOX•H2O, nesse trabalho foram sintetizadas e cristalizadas duas novas formas pseudo-polimórficas da DOX: 1) A doxiciclina dihidratada co-cristalizada/solvatada com ácido acético (DOX•HAc), C22H24N2O8, 2H2O, C2H4O2 (ácido acético), 512,93 g/mol; e 2) o nitrato de doxiciclina hemi-hidratado (DOX•NIT), C22H24N2O8, HNO3, ½H2O, 516,46 g/mol. As estruturas cristalinas das duas formas inéditas também foram determinadas inambiguamente por MXRD. As estruturas das três formas pseudo-polimorfos inéditas da DOX foram comparadas à estrutura do DOX•HIC e analisadas em termos de suas geometrias intra e intermoleculares. Todas as formas cristalizam-se como “zwitterions” da DOX no qual o grupo dimetilamina está protonado e uma hidroxila está desprotonada. Dois confôrmeros foram observados para a DOX•NIT, a exemplo do que foi observado previamente para o DOX•HIC, o que significa que o grupo amina está próximo do enolato de um dos confôrmeros (T1) e próximo à carbonila no outro (T2). Em outras palavras, ocorre uma rotação de 180º em torno da ligação C-C do grupo amida que direciona o oxigênio do grupo amida para a direção do grupo dimetilamina, no caso de um dos confôrmeros (T1) presente no estado sólido, enquanto na outra molécula de DOX, independente por simetria (T2), o átomo de nitrogênio da amida está do mesmo lado da amina. Outra importante similaridade entre o DOX•HIC e o DOX•NIT é que em ambas a DOX possui duas cargas positivas e uma negativa e é portanto um cátion, diferentemente da DOX•H2O e da DOX•HAc, para as quais o “zwitterion” gera uma carga positiva e uma negativa, sendo a molécula neutra. Apesar da DOX•H2O e da DOX•HAc serem neutras e apresentarem apenas uma moléculas de DOX na unidade assimétrica, as duas estruturas diferem significativamente em outros aspectos estruturais. Na DOX∙HAc é o átomo de nitrogênio do grupo amida que está voltado para o grupo dimetilamina, enquanto na DOX·H2O é o átomo de oxigênio da amida que está voltado para o grupo dimetilamina. Portanto, a DOX·HAc sólido exibe a forma tautomérica e a conformação da amida observada no DOX∙HYC T2, enquanto a DOX·H2O sólida exibe a forma tautomérica do DOX∙HYC T2 e a conformação da amida do DOX∙HYC T1. Em termos gerais, desde que a doxiciclina é uma molécula robusta do ponto de vista conformacional (poucos ângulos diedros), sua geometria intramolecular apresenta poucas distorções como resultado de forças intermoleculares. Contudo, a presença de solventes, águas e íons na rede cristalina parece afetar a rotação da ligação C-C da amida levando aos confôrmeros e, ou tautômeros T1 e T2. O empacotamento cristalino das formas pseudo-polimórficas da DOX estudadas nesse trabalho são estabilizadas por várias ligações de hidrogênio intermoleculares clássicas e não-clássicas envolvendo interações DOX-DOX, DOX-água, DOX-solvente, DOX-íon, água-água, solvente-solvente, íon-íon, água-solvente, íon-solvente e íon-água. Essas diferenças nas interações intermoleculares tem como consequência comportamentos diferenciados na solubilidade e no perfil de dissolução do DOX•HIC, da DOX•H2O, da DOX•HAc e do DOX•NIT. Apesar disso, os testes de dissolução e solubilidade mostraram que todas as formas pseudo-polimórficas apresentam biodisponibilidade equivalente aos API comercializados. Todas as formas pseudo-polimórficas foram também caracterizadas por difração de raios X por pó e espectroscopia na região do infravermelho. / The active pharmaceutical ingredient (API) doxycycline (DOX), C22H24N2O8, 2-naphthacenecarboxamide, IUPAC name 4(dimethylamino)-1,4,4a,5,5a,6,11,12a-octahydro-3,5,10,12,12a-pentahydroxy-6-methyl-1,11-dioxo-, [4S-(4α, 4aα, 5α, 5aα, 6α,12aα)], is a broad-spectrum antibiotic mainly used in the treatment of respiratory and urinary tract infections and, like many drugs, its efficacy may be affected by the polymorphism phenomenon. Up to now, only the crystal structure of doxycycline hyclate (DOX•HIC), C22H24N2O8, HCl, ½ C2H6O (ethanol), ½ H2O, 512,9 g/mol, which is the generic name of a DOX pseudo-polymorphic form used as API in brand names such as DORYX®, PERIOSTAT®, ATRIDOX®, and VIBRAMYCIN®, has been reported. Part of this study presents the monocrystal X-ray diffractometry (MXRD) structural characterization of another DOX commercial pseudo-polymorphic form, namely, doxycycline monohydrate (DOX•H2O), C22H24N2O8, H2O, 462,45 g/mol, which is the generic name of brand names such as MONODOX® and ORACEA®. Beyond to report for the first time the crystal structure of DOX•H2O, others two news pseudo-polymorphic forms of the DOX were synthetized and crystallized in the present study: 1) doxycycline dihydrate co-crystallized/solvated with acetic acid (DOX•HAc), C22H24N2O8, 2H2O, C2H4O2 (acetic acid), 512,93 g/mol; and 2) doxycycline nitrate hemihydrate (DOX•NIT), C22H24N2O8, HNO3, ½H2O, 516,46 g/mol. The crystal structure of DOX•HAc and DOX•NIT were also unambiguously determined by MXRD methods. The three new pseudo-polymorphic forms of DOX were compared with the known one, DOX•HIC, and analyzed in terms of intra and intermolecular geometries. All forms crystallize as zwitterions in which the dimethylamine group is protonated and one hydroxyl group is disprotonated. Two conformers were observed in the DOX•NIT as previously reported for DOX•HIC, i.e., the amine group is next to the enolate in one of them (T1) and beside the carbonyl in the other one (T2). In other words, occurs a rotation around the C–C bond of the amide group, directing the oxygen toward the amine group in one (T1) of the two conformers present in these solid state phases, while in the other crystallographically independent molecule (T2), the amide nitrogen atom is at the same side of the amine. Another important similarity of DOX•HIC and DOX•NIT is that in both structure the DOX appears as a cation, differently of DOX•H2O and DOX•HAc for which the DOX is neutral. In spite of being both neutral and present just one DOX molecule in the asymmetric unit, DOX•H2O and DOX•HAc differ themselves. While DOX•HIC and DOX•NIT present two tautomers, T1 and T2, the conformer T1 and tautomerism observed for T2 was found in DOX•HAc and either conformer or tautomer of T2 was found in DOX•H2O. In general, since doxycycline is a conformationally robust molecule, its framework adopts only small distortions due to variable intermolecular hydrogen bonding patterns. Nevertheless, the presence of crystallization solvent, water and/or ions in the lattice affects the rotation around the C–C bond of the amide group, directing the NH2 portion toward the amine in one (T2) of the two crystallographically independent molecules, while in the another one (T1), the amide oxygen atom is next to amine.. The crystal packing of DOX forms studied here are stabilized by several intermolecular hydrogen bonds (classical and non-classical), involving interactions DOX-DOX, DOX-water, DOX-solvent, DOX-ion water-water, solvent-solvent, ion-ion, water-solvent, ion-solvent, ion-water. The differences of these supramolecular interactions when the pseudo-polymorphic forms are compared result in significant differences in the solubility and in the dissolution profile of the DOX•HIC, DOX•H2O, DOX•HAc, and DOX•NIT also performed in this work. However, all forms do not show significant differences in the bioavailability of the API DOX. The four DOX pseudo-polymorphic forms were also characterized by powder X-ray diffraction and infrared spectroscopy. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:10.254.254.39:tede/268 |
| Date | 11 August 2011 |
| Creators | SILVA, Douglas Martelli e |
| Contributors | DORIGUETTO, Antônio Carlos, http://lattes.cnpq.br/4581537476491370, NEVES, Person Pereira, TREVISAN, Marcello Garcia, DINIZ, Renata |
| Publisher | Universidade Federal de Alfenas, Faculdade de Ciências Farmacêuticas, Brasil, UNIFAL-MG, Programa de Pós-Graduação em Ciências Farmacêuticas |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UNIFAL, instname:Universidade Federal de Alfenas, instacron:UNIFAL |
| Rights | http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/, info:eu-repo/semantics/openAccess |
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